數(shù)字PID及其參數(shù)整定方法-文檔資料

1、第第7章章 數(shù)字?jǐn)?shù)字PIDPID及其算法及其算法數(shù)字?jǐn)?shù)字PIDPID及其算法及其算法主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1 1 PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)2 2 數(shù)字?jǐn)?shù)字PIDPID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問題調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問題3 3 幾種發(fā)展的幾種發(fā)展的PIDPID算法算法4 4 PIDPID參數(shù)的整定方法參數(shù)的整定方法7.0概述概述比較模擬控制過程與數(shù)字控制過程的不同。比較模擬控制過程與數(shù)字控制過程的不同。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：1 1一機(jī)多用；一機(jī)多用；2 2控制算法靈活；控制算法靈活；3 3可靠性好；可靠性好；4 4控制品質(zhì)高；控制品質(zhì)高；幾個(gè)概念：幾個(gè)概念：1

2、 1程序控制：使被控量按照預(yù)先規(guī)定的時(shí)間函數(shù)變化所作程序控制：使被控量按照預(yù)先規(guī)定的時(shí)間函數(shù)變化所作的控制，被控量是時(shí)間的函數(shù)。的控制，被控量是時(shí)間的函數(shù)。2 2順序控制：是指控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先規(guī)定的控制要求，按順序控制：是指控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先規(guī)定的控制要求，按照各個(gè)輸入信號(hào)的條件，使過程的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地按預(yù)照各個(gè)輸入信號(hào)的條件，使過程的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地按預(yù)先規(guī)定的順序動(dòng)作。先規(guī)定的順序動(dòng)作。7.0概述概述PIDPID控制：調(diào)節(jié)器的輸出是輸入的比例、積分、微分的控制：調(diào)節(jié)器的輸出是輸入的比例、積分、微分的函數(shù)。函數(shù)。直接數(shù)字控制：根據(jù)采樣定理，先把被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模直接數(shù)字控制：根據(jù)采樣定理，

3、先把被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型離散化，然后由計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行控制。型離散化，然后由計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行控制。最優(yōu)控制：是一種使控制過程處在某種最優(yōu)狀態(tài)的控制。最優(yōu)控制：是一種使控制過程處在某種最優(yōu)狀態(tài)的控制。模糊控制：由于被控對(duì)象的不確定性，可采用模糊控制。模糊控制：由于被控對(duì)象的不確定性，可采用模糊控制。7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)PIDPID調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn) ：1. 1. 技術(shù)成熟技術(shù)成熟 2. 2. 易被人們熟悉和掌握易被人們熟悉和掌握 3. 3. 不需要建立數(shù)學(xué)模型不需要建立數(shù)學(xué)模型 4. 4. 控制效果好控制效果好PIDPID調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)：調(diào)節(jié)的實(shí)

4、質(zhì)：根據(jù)系統(tǒng)輸入的偏差，按照根據(jù)系統(tǒng)輸入的偏差，按照PIDPID的函數(shù)的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，其結(jié)果用以控制輸出。關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，其結(jié)果用以控制輸出。PIDPID調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：PIDPID的函數(shù)中各項(xiàng)的物理意義清晰，調(diào)的函數(shù)中各項(xiàng)的物理意義清晰，調(diào)節(jié)靈活，便于程序化實(shí)現(xiàn)。節(jié)靈活，便于程序化實(shí)現(xiàn)。7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)7.1.1 7.1.1 模擬模擬PIDPID調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)原理PIDPID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，他將設(shè)定值調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，他將設(shè)定值w w與實(shí)際值與實(shí)際值y y的偏差：的偏差：e = w-ye = w-y按其比例、積分、微分通過按其比

5、例、積分、微分通過線性線性組合構(gòu)成控制量。組合構(gòu)成控制量。7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)1.1.比例調(diào)節(jié)器比例調(diào)節(jié)器比例調(diào)節(jié)器的微分方程為：比例調(diào)節(jié)器的微分方程為：y = Ky = KP Pe(t) e(t) 式中：式中：y y為調(diào)節(jié)器輸出；為調(diào)節(jié)器輸出； K Kp p為比例系數(shù)；為比例系數(shù)；e(t)e(t)為調(diào)節(jié)器輸入偏差。為調(diào)節(jié)器輸入偏差。由上式可以看出比例調(diào)節(jié)的由上式可以看出比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)特點(diǎn)：調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差成正比。只要偏差出現(xiàn)，就能調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差成正比。只要偏差出現(xiàn)，就能及時(shí)地產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用，使被控量朝著減小偏差及時(shí)地產(chǎn)生與之成比例

6、的調(diào)節(jié)作用，使被控量朝著減小偏差的方向變化，具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)。但是，的方向變化，具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)。但是， K Kp p過大會(huì)導(dǎo)致過大會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)品質(zhì)變壞，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例調(diào)節(jié)器的特性曲線，動(dòng)態(tài)品質(zhì)變壞，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例調(diào)節(jié)器的特性曲線，如下圖所示。如下圖所示。7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)e(t)y00ttKP e(t)階躍響應(yīng)特性曲線階躍響應(yīng)特性曲線7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)2.2.積分調(diào)節(jié)器積分調(diào)節(jié)器積分作用是指調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差的積分成比例的積分作用是指調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差的積分成比例的作用，其作用是消除靜差

7、。積分方程為：作用，其作用是消除靜差。積分方程為：式中：式中：T TI I是積分時(shí)間常數(shù)，它表示積分速度的大小，是積分時(shí)間常數(shù)，它表示積分速度的大小，T TI I越大，越大，積分速度越慢，積分作用越弱。積分作用的響應(yīng)特性曲線，積分速度越慢，積分作用越弱。積分作用的響應(yīng)特性曲線，如下圖所示。如下圖所示。7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)e(t)y00tt積分作用響應(yīng)曲線積分作用響應(yīng)曲線由圖中曲線看出由圖中曲線看出積分作用的特點(diǎn)：積分作用的特點(diǎn)：只要偏差不為零就會(huì)只要偏差不為零就會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的控制量并依此影響被控量。增大產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的控制量并依此影響被控量。增大TiTi會(huì)減小積分

8、作會(huì)減小積分作用，即減慢消除靜差的過程，減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性。用，即減慢消除靜差的過程，減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性。7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)3.3.微分調(diào)節(jié)器微分調(diào)節(jié)器微分調(diào)節(jié)的作用是對(duì)偏差的變化進(jìn)行控制，并使偏微分調(diào)節(jié)的作用是對(duì)偏差的變化進(jìn)行控制，并使偏差消失在萌芽狀態(tài)，其微分方程為：差消失在萌芽狀態(tài)，其微分方程為：微分作用響應(yīng)曲線如下圖所示。微分作用響應(yīng)曲線如下圖所示。 7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)可見，微分分量對(duì)偏差的任何變化都會(huì)產(chǎn)生控制作用，可見，微分分量對(duì)偏差的任何變化都會(huì)產(chǎn)生控制作用，以調(diào)整系統(tǒng)輸出，阻止偏差變化。偏差變化越

9、快，則產(chǎn)生的以調(diào)整系統(tǒng)輸出，阻止偏差變化。偏差變化越快，則產(chǎn)生的阻止作用越大。阻止作用越大。從分析看出，從分析看出，微分作用的特點(diǎn)是：微分作用的特點(diǎn)是：加入微分調(diào)節(jié)將有助加入微分調(diào)節(jié)將有助于減小超調(diào)量，克服震蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。他加快了系統(tǒng)于減小超調(diào)量，克服震蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。他加快了系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)整的時(shí)間，從而改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。的動(dòng)作速度，減小調(diào)整的時(shí)間，從而改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)7.1.27.1.2PIDPID算法的數(shù)字化算法的數(shù)字化在模擬系統(tǒng)中，在模擬系統(tǒng)中，PIDPID算法的表達(dá)式：算法的表達(dá)式：)()(1)()(

10、dttdeTdtteTteKtPDIp式中：式中：P(t)P(t)：調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)器輸出e(t)e(t)：調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)KpKp：比例系數(shù)比例系數(shù)TiTi：積分時(shí)間積分時(shí)間TdTd：微分時(shí)間微分時(shí)間7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)e(t)y00tt KP e(t)KP K1 e(t)KP KD e(t)PIDPID調(diào)節(jié)器對(duì)階躍響應(yīng)特性曲線調(diào)節(jié)器對(duì)階躍響應(yīng)特性曲線7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)對(duì)前一算式離散化，即為數(shù)字式的差分方程（對(duì)前一算式離散化，即為數(shù)字式的差分方程（7-47-4式）：式）：) 1()()()()(0kj

11、DIPTkEkETjETTkEKkP式中：式中：T T：采樣周期采樣周期E(k)E(k)：第第k k次采樣時(shí)的偏差值次采樣時(shí)的偏差值E(k-1)E(k-1)：第第k-1k-1次采樣時(shí)的偏差值次采樣時(shí)的偏差值k k：采樣序號(hào)采樣序號(hào)P(k)P(k)：第第k k次采樣時(shí)的調(diào)節(jié)器輸出次采樣時(shí)的調(diào)節(jié)器輸出7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)上式中，輸出值與閥門的開度的位置一一對(duì)應(yīng)，因此稱上式中，輸出值與閥門的開度的位置一一對(duì)應(yīng)，因此稱之為位置式控制算式。之為位置式控制算式。根據(jù)遞推原理，可得增量式：根據(jù)遞推原理，可得增量式：)2() 1(2)()()1()() 1()(kEkEk

12、EKkEKkEkEKkPkPDIp式中：式中：KpKp比例系數(shù)比例系數(shù)Ki=KpKi=Kp* *(T/Ti)(T/Ti)積分系數(shù)積分系數(shù)Kd =KpKd =Kp* *(Td/T)(Td/T)微分系數(shù)。微分系數(shù)。稱：（稱：（7-77-7）為增量控制式。）為增量控制式。)1()()(kPkPkP)2() 1(2)()()1()(kEkEkEKkEKkEkEKDIp（7-7） 7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)增量式增量式PIDPID算法只需保持當(dāng)前時(shí)刻以前三個(gè)時(shí)刻的誤差算法只需保持當(dāng)前時(shí)刻以前三個(gè)時(shí)刻的誤差即可。它與位置式即可。它與位置式PIDPID相比，有下列優(yōu)點(diǎn)：相比，

13、有下列優(yōu)點(diǎn)：（1 1）位置式）位置式PIDPID算法每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式算法每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過去誤差的累加值，因此，容易產(chǎn)生較大的累積計(jì)中要用到過去誤差的累加值，因此，容易產(chǎn)生較大的累積計(jì)算誤差。而增量式算誤差。而增量式PIDPID只需計(jì)算增量，計(jì)算誤差或精度不足只需計(jì)算增量，計(jì)算誤差或精度不足時(shí)對(duì)控制量的計(jì)算影響較小。時(shí)對(duì)控制量的計(jì)算影響較小。（2 2）控制從手動(dòng)切換到自動(dòng)時(shí)，位置式）控制從手動(dòng)切換到自動(dòng)時(shí)，位置式PIDPID算法必須先將計(jì)算法必須先將計(jì)算機(jī)的輸出值置為原始閥門開時(shí)，才能保證無沖擊切換。若算機(jī)的輸出值置為原始閥門開時(shí)，才能保證無沖擊切換

14、。若采用增量算法，與原始值無關(guān)，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無沖采用增量算法，與原始值無關(guān)，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無沖擊切換。擊切換。7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)7.1.37.1.3PIDPID程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)位置式位置式PIDPID算法程序設(shè)計(jì)算法程序設(shè)計(jì)由下式可改寫為：由下式可改寫為：) 1()()()()(0kjDIPTkEkETjETTkEKkP)1()()()()(0kEkEKjEKkEKkPDkjIp把上式進(jìn)一步分為把上式進(jìn)一步分為P P、I I、D D三項(xiàng)，：三項(xiàng)，：)()(kEKkPpPkjIIjEKkP0)()()1()(kPkEKII)1()()(kEk

15、EKkPDD7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)左圖為位置式流程框圖。左圖為位置式流程框圖。說明：說明：在計(jì)算之前，需要完成采在計(jì)算之前，需要完成采樣數(shù)據(jù)處理。樣數(shù)據(jù)處理。按照上式分解出來的三項(xiàng)，按照上式分解出來的三項(xiàng)，分別進(jìn)行計(jì)算。分別進(jìn)行計(jì)算。將計(jì)算出來的數(shù)據(jù)作為控將計(jì)算出來的數(shù)據(jù)作為控制量輸出。制量輸出。7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)增量式增量式PIDPID算法程序設(shè)計(jì)算法程序設(shè)計(jì)由下式：由下式：)2() 1(2)()()1()()(kEkEkEKkEKkEkEKkPDIp設(shè)：設(shè)：)1()()(kEkEKkPpP)()(kEKkPII)2

16、() 1(2)()(kEkEkEKkPDD)()()()(kPkPkPkPDIP則有：則有：7.1PIDPID算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的原理及數(shù)字實(shí)現(xiàn)左圖為增量式流程框圖。左圖為增量式流程框圖。說明：說明：在計(jì)算之前，需要完成采在計(jì)算之前，需要完成采樣數(shù)據(jù)處理。樣數(shù)據(jù)處理。按照上式分解出來的三項(xiàng)，按照上式分解出來的三項(xiàng)，分別進(jìn)行計(jì)算。分別進(jìn)行計(jì)算。將計(jì)算出來的數(shù)據(jù)作為控將計(jì)算出來的數(shù)據(jù)作為控制量的增量與前一拍輸出量相制量的增量與前一拍輸出量相加作為本次的輸出量。加作為本次的輸出量。7.2數(shù)字?jǐn)?shù)字PIDPID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)問題調(diào)節(jié)中的幾個(gè)問題7.2.17.2.1正、反作用問題正、反作用問題正、反作

17、用問題也稱為：正、逆調(diào)節(jié)問題。正、反作用問題也稱為：正、逆調(diào)節(jié)問題。正作用：當(dāng)采樣值大于設(shè)定值時(shí)，需要加大控制量的輸正作用：當(dāng)采樣值大于設(shè)定值時(shí)，需要加大控制量的輸出。例如，溫度控制中的制冷過程。出。例如，溫度控制中的制冷過程。反作用：當(dāng)采樣值小于設(shè)定值時(shí)，需要加大控制量的輸反作用：當(dāng)采樣值小于設(shè)定值時(shí)，需要加大控制量的輸出。例如，溫度控制中的加熱過程。出。例如，溫度控制中的加熱過程。在微機(jī)控制系統(tǒng)中，處理正、反作用時(shí)可用對(duì)偏差值求在微機(jī)控制系統(tǒng)中，處理正、反作用時(shí)可用對(duì)偏差值求反來實(shí)現(xiàn)。反來實(shí)現(xiàn)。7.2數(shù)字?jǐn)?shù)字PIDPID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)問題調(diào)節(jié)中的幾個(gè)問題7.2.27.2.2飽和作用的抑制飽和

18、作用的抑制在實(shí)際控制系統(tǒng)中，控制量因受到執(zhí)行部件的機(jī)械和物在實(shí)際控制系統(tǒng)中，控制量因受到執(zhí)行部件的機(jī)械和物理的約束而限制在有限的范圍內(nèi)時(shí)，如果計(jì)算機(jī)給出的控制理的約束而限制在有限的范圍內(nèi)時(shí)，如果計(jì)算機(jī)給出的控制量超出上述范圍，則控制系統(tǒng)進(jìn)入輸出飽和狀態(tài)。量超出上述范圍，則控制系統(tǒng)進(jìn)入輸出飽和狀態(tài)。在在PIDPID控制系統(tǒng)中，由于積分作用的存在，會(huì)使系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，由于積分作用的存在，會(huì)使系統(tǒng)的控制輸出進(jìn)入飽和狀態(tài)?？刂戚敵鲞M(jìn)入飽和狀態(tài)。注意理解：注意理解：飽和以后所導(dǎo)致的對(duì)系飽和以后所導(dǎo)致的對(duì)系統(tǒng)的不利影響。如下圖示。統(tǒng)的不利影響。如下圖示。7.2數(shù)字?jǐn)?shù)字PIDPID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)問題調(diào)節(jié)中的

19、幾個(gè)問題為了消除積分飽和的影為了消除積分飽和的影響，可有如下幾種辦法：響，可有如下幾種辦法：遇限削弱積分法遇限削弱積分法這種算法的基本思想是：這種算法的基本思想是：一旦控制量進(jìn)入飽和區(qū)范圍，一旦控制量進(jìn)入飽和區(qū)范圍，則停止增大積分項(xiàng)的運(yùn)算而則停止增大積分項(xiàng)的運(yùn)算而只執(zhí)行削弱積分項(xiàng)的運(yùn)算。只執(zhí)行削弱積分項(xiàng)的運(yùn)算。這種算法的流程圖如下這種算法的流程圖如下屏所示。屏所示。7.2數(shù)字?jǐn)?shù)字PIDPID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)問題調(diào)節(jié)中的幾個(gè)問題7.2數(shù)字?jǐn)?shù)字PIDPID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)問題調(diào)節(jié)中的幾個(gè)問題有效偏差法有效偏差法在用位在用位置型置型PIDPID算式算出算式算出的控制量超出執(zhí)行范圍時(shí)，控的控制量超出執(zhí)行范圍時(shí)

20、，控制量實(shí)際上只能取邊界值。制量實(shí)際上只能取邊界值。有效偏差法的實(shí)質(zhì)：將實(shí)有效偏差法的實(shí)質(zhì)：將實(shí)際輸出控制量所允許的偏差值際輸出控制量所允許的偏差值作為實(shí)際有效偏差進(jìn)行積分。作為實(shí)際有效偏差進(jìn)行積分。而不是按照實(shí)際偏差來進(jìn)行積而不是按照實(shí)際偏差來進(jìn)行積分。算法如右圖示。分。算法如右圖示。7.2數(shù)字?jǐn)?shù)字PIDPID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)問題調(diào)節(jié)中的幾個(gè)問題限位問題限位問題是指在有些系統(tǒng)中，人是指在有些系統(tǒng)中，人為定義了控制量的輸出范圍。為定義了控制量的輸出范圍。當(dāng)計(jì)算出的控制量大于或者小當(dāng)計(jì)算出的控制量大于或者小于所定義的輸出范圍時(shí)，則按于所定義的輸出范圍時(shí)，則按照定義的控制量上限或者下限照定義的控制量上

21、限或者下限進(jìn)行輸出。進(jìn)行輸出。如右圖示。如右圖示。7.2數(shù)字?jǐn)?shù)字PIDPID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)問題調(diào)節(jié)中的幾個(gè)問題7.2.37.2.3手動(dòng)手動(dòng)/ /自動(dòng)跟蹤及手動(dòng)后援問題自動(dòng)跟蹤及手動(dòng)后援問題在應(yīng)用系統(tǒng)中，控制狀態(tài)由手動(dòng)與自動(dòng)相互切換時(shí)，必在應(yīng)用系統(tǒng)中，控制狀態(tài)由手動(dòng)與自動(dòng)相互切換時(shí)，必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤（柔性跟蹤）。須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤（柔性跟蹤）。因此，系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的控制狀態(tài)、手動(dòng)因此，系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的控制狀態(tài)、手動(dòng)/ /自動(dòng)的閥自動(dòng)的閥位狀態(tài)。稱在手動(dòng)狀態(tài)下能夠輸出手動(dòng)控制信號(hào)的設(shè)備為手位狀態(tài)。稱在手動(dòng)狀態(tài)下能夠輸出手動(dòng)控制信號(hào)的設(shè)備為手動(dòng)后援。動(dòng)后援。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，手動(dòng)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，

22、手動(dòng)/ /自動(dòng)跟蹤以及手動(dòng)后援是自動(dòng)跟蹤以及手動(dòng)后援是保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要功能。保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要功能。實(shí)現(xiàn)的方法（自學(xué)）。實(shí)現(xiàn)的方法（自學(xué)）。7.3PIDPID算法的發(fā)展算法的發(fā)展在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常使用改進(jìn)的在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常使用改進(jìn)的PIDPID算法以實(shí)現(xiàn)算法以實(shí)現(xiàn)更高的控制品質(zhì)。更高的控制品質(zhì)。7.3.17.3.1積分分離的積分分離的PIDPID算法算法在常規(guī)的在常規(guī)的PIDPID算法應(yīng)用中，若系統(tǒng)的偏差較大時(shí)，由于算法應(yīng)用中，若系統(tǒng)的偏差較大時(shí)，由于積分項(xiàng)的作用，會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生較大的超調(diào)量，導(dǎo)致系統(tǒng)不斷積分項(xiàng)的作用，會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生較大的超調(diào)量，導(dǎo)致系統(tǒng)不斷的震蕩，如下圖。

23、的震蕩，如下圖。7.3PIDPID算法的發(fā)展算法的發(fā)展可針對(duì)這種現(xiàn)象采用積分分離的辦法，即在控制量開始可針對(duì)這種現(xiàn)象采用積分分離的辦法，即在控制量開始跟蹤時(shí)，屏蔽積分分量的作用，直至被調(diào)量接近給定值時(shí)才跟蹤時(shí)，屏蔽積分分量的作用，直至被調(diào)量接近給定值時(shí)才使積分分量產(chǎn)生作用。使積分分量產(chǎn)生作用。設(shè)給定值設(shè)給定值R(k),R(k),采樣值采樣值M(k)M(k)，允許的積分偏差值，允許的積分偏差值A(chǔ) A，則積，則積分分離的算法為：分分離的算法為：控制時(shí)，為控制時(shí)，為PIDAPD| )()(|)(AkMkRkE積分分離算法的流程圖見積分分離算法的流程圖見 P247P2477.3PIDPID算法的發(fā)展算

24、法的發(fā)展7.3.27.3.2變速積分的變速積分的PIDPID算法算法在普通的在普通的PIDPID調(diào)節(jié)算法中，由于積分系數(shù)調(diào)節(jié)算法中，由于積分系數(shù)K KI I是常數(shù)，因是常數(shù)，因此，在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中，積分增益不變。但系統(tǒng)對(duì)積分項(xiàng)的此，在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中，積分增益不變。但系統(tǒng)對(duì)積分項(xiàng)的要求是系統(tǒng)偏差大時(shí)積分作用減弱以至全無，而在小偏差時(shí)要求是系統(tǒng)偏差大時(shí)積分作用減弱以至全無，而在小偏差時(shí)則應(yīng)加強(qiáng)。否則，積分系數(shù)取大了會(huì)產(chǎn)生超調(diào)，甚至積分飽則應(yīng)加強(qiáng)。否則，積分系數(shù)取大了會(huì)產(chǎn)生超調(diào)，甚至積分飽和，取小了又遲遲不能消除靜差。采用變速積分可以很好地和，取小了又遲遲不能消除靜差。采用變速積分可以很好地解決這一

25、問題。解決這一問題。變速積分的基本思想是：設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加速度，變速積分的基本思想是：設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與偏差的大小相對(duì)應(yīng)：偏差越大，積分越慢；偏差越小，使其與偏差的大小相對(duì)應(yīng)：偏差越大，積分越慢；偏差越小，積分越快。積分越快。7.4PIDPID參數(shù)的整定方法參數(shù)的整定方法7.4.17.4.1采樣周期的確定采樣周期的確定（1 1）根據(jù)香農(nóng)采樣定理，系統(tǒng)采樣頻率的下限為）根據(jù)香農(nóng)采樣定理，系統(tǒng)采樣頻率的下限為f fs s=2f=2fmaxmax，此時(shí)系統(tǒng)可真實(shí)地恢復(fù)到原來的連續(xù)信號(hào)。此時(shí)系統(tǒng)可真實(shí)地恢復(fù)到原來的連續(xù)信號(hào)。 （2 2）從執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性要求來看，有時(shí)需要輸出信號(hào)保持）

26、從執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性要求來看，有時(shí)需要輸出信號(hào)保持一定的寬度。采樣周期必須大于這一時(shí)間。一定的寬度。采樣周期必須大于這一時(shí)間。（3 3）從控制系統(tǒng)的隨動(dòng)和抗干擾的性能來看，要求采樣周）從控制系統(tǒng)的隨動(dòng)和抗干擾的性能來看，要求采樣周期短些。期短些。 （4 4）從微機(jī)的工作量和每個(gè)調(diào)節(jié)回路的計(jì)算來看，一般要）從微機(jī)的工作量和每個(gè)調(diào)節(jié)回路的計(jì)算來看，一般要求采樣周期大些。求采樣周期大些。 （5 5）從計(jì)算機(jī)的精度看，過短的采樣周期是不合適的。）從計(jì)算機(jī)的精度看，過短的采樣周期是不合適的。7.4PIDPID參數(shù)的整定方法參數(shù)的整定方法一般采用經(jīng)驗(yàn)法來選擇采樣周期，重要的是一般采用經(jīng)驗(yàn)法來選擇采樣周期，重要

27、的是要根據(jù)系統(tǒng)要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況來確定采樣周期的實(shí)際運(yùn)行狀況來確定采樣周期。選擇采樣周期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表。選擇采樣周期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表。7.4PIDPID參數(shù)的整定方法參數(shù)的整定方法7.4.27.4.2擴(kuò)充臨界比例度法擴(kuò)充臨界比例度法這是工程中常用的方法，也叫實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法，它這是工程中常用的方法，也叫實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法，它適應(yīng)于有適應(yīng)于有自平衡性的被控對(duì)象自平衡性的被控對(duì)象。方法如下：。方法如下：首先，將調(diào)節(jié)器選為純比例調(diào)節(jié)器，形成閉環(huán)，逐漸改首先，將調(diào)節(jié)器選為純比例調(diào)節(jié)器，形成閉環(huán)，逐漸改變比例系數(shù)，使系統(tǒng)對(duì)階躍輸入的響應(yīng)達(dá)到臨界振蕩狀態(tài)，變比例系數(shù)，使系統(tǒng)對(duì)階躍輸入的響應(yīng)達(dá)到臨界振蕩狀態(tài)，將此時(shí)的比例系數(shù)記為將此時(shí)的比例系數(shù)記為KrKr，臨界振蕩的周期記為，臨界振蕩的周期記為TrTr。根據(jù)齊。根據(jù)齊格勒格勒- -尼科爾斯提供的經(jīng)驗(yàn)公式，可由尼科爾斯提供的經(jīng)驗(yàn)公式，可由TrTr、KrKr得到不同類型得到不同類型調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)，如下表。調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)，如下表。7.4PIDPID參數(shù)的整定方法參數(shù)的整定方法7.4.37.4.3擴(kuò)充響應(yīng)曲線法擴(kuò)充響應(yīng)曲線法如果可以預(yù)知系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性曲線，可用擴(kuò)充響應(yīng)曲線如果